CN102523762B - 电池组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供电池组件(100、200)，其中，制冷单元(20)设置于单电池(10)的附近，具有将片状部件(21)密封而形成的密封部(22)。在密封部(22)的一部分上设置有开封部(24)，在单电池(10)异常发热时，开封部(24)被开封。

Description

电池组件
技术领域
本发明涉及电池组件(module)，特别是涉及具备有制冷剂的电池组件。 
背景技术
近年来，从省资源或节能的观点出发，正在将能够反复使用的二次电池作为便携型电子设备或移动体通信设备等的电源来使用。另外，从削减化石燃料的使用量或削减二氧化碳的排放量等观点出发，研究了将这样的二次电池作为车辆等的电源来使用。 
其中，开始采用如下这样的技术：将通用的电池并联或串联连接而构成电池组件，对该电池组件进行组合，使其应对于多种多样的用途。在该技术中，通过使构成电池组件的电池(单电池)高性能化，能够实现电池组件的小型化和轻量化。由此，可以获得组合电池组件时的作业性提高、和向车辆等被限制的空间搭载时的自由度提高等优点。 
如果使单电池相互接近来进行配置，则能够实现电池组件的高能量密度化和小型化。但是，在由于在任意一个单电池中发生内部短路等而导致该单电池异常发热时(以下简称为“异常发热时”)，位于异常发热的单电池(异常的单电池)周围的正常的单电池暴露于高温的热下，因此异常的发热有可能连锁性地扩大。因此，在专利文献1中提出了能够在异常发热时放出制冷剂的冷却管。冷却管以使在异常发热时一部分熔融的方式构成，通过冷却管的熔融，放出制冷剂。 
现有技术文献 
专利文献 
专利文献1：US 7433794B1 
发明内容
发明所要解决的问题 
虽然已经提出了在异常发热时由制冷单元放出制冷剂这样的技术，但还几乎没有讨论制冷单元的具体的构成。 
本发明是鉴于上述问题而进行的，其主要目的在于，提出能够在异常发热时放出制冷剂的生产率优异的制冷单元。 
用于解决问题的手段 
本发明中的制冷单元设置于单电池的附近，具有将片状部件密封而形成的密封部。在密封部的一部分上设置有开封部，在单电池异常发热时，开封部被开封。 
这样，在本发明中的制冷单元中，在异常发热时，开封部优先被开封，从而放出制冷剂。 
另外，如果通过开封部和难开封部(开封部以外的部分)来改变片状部件的密封条件，则能够制作本发明中的制冷单元。由此，能够比较简单地制作本发明中的制冷单元。在这里，在片状部件的密封条件中，不仅包含密封压力和密封时的温度，还包含构成密封部的材料和密封部的形状等。 
而且，在本说明书中，“单电池的附近”为异常发热时暴露于高温(例如150℃以上)下的区域，不仅包含与异常的单电池接触的区域，还包含从异常的单电池稍微远离(例如5mm以下)的区域。 
另外，在本说明书中，“异常发热”例如指由于发生内部短路或短路(short)等而引起构成单电池的材料发生反应，因而单电池发热。因此，本说明书中的“异常发热”不包含通常的充放电时的单电池的发热。如果单电池异常发热，则单电池的温度超过150℃，其温度有时甚至超过500℃。 
发明的效果 
根据本发明，能够提高可以在异常发热时放出制冷剂的制冷单元的生产率。 
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的电池组件的俯视图。 
图2是图1所示的II-II线上的剖视图。 
图3是本发明的一个实施方式中的制冷单元的俯视图。 
图4是表示异常发热时的从单电池的外表面起的距离与温度的关系的 曲线图。 
图5是本发明的另一个实施方式所涉及的电池组件的剖视图。 
图6是本发明的另一个实施方式中的制冷单元的俯视图。 
图7是本发明的又一个实施方式所涉及的电池组件的俯视图。 
具体实施方式
以下，基于附图详细说明本发明的实施方式。而且，本发明并不限于以下所示的实施方式。另外，以下，对相同部件赋予相同符号。 
(实施方式) 
图1是本发明的实施方式所涉及的电池组件100的俯视图。图2是图1所示的II-II线上的剖视图。图3是本实施方式中的制冷单元20的俯视图。而且，在图2中，对单电池10表示了侧视图。 
本实施方式所涉及的电池组件100由多个单电池10、10、...以矩阵状配列而构成。在这里，各单电池10为例如圆筒型的锂离子二次电池，封口板11、11、...以位于电池组件100的上侧的方式收纳在壳30内。因此，在本实施方式中，单电池10的轴向与壳30的高度方向大致平行。 
在相邻的单电池10、10之间设置有制冷单元20。制冷单元20通过折叠俯视为方形或俯视为矩形的片状部件21而形成，由于折叠而相互重叠的部分的周边被密封。也就是说，在本实施方式中的制冷单元20中，在三侧方形成了密封部22。并且，在密闭的空间内收纳了水等制冷剂。 
片状部件21例如为层压膜，通过从制冷单元20的内侧向外侧依次层叠熔合层、基材层和绝缘层而构成。熔合层、基材层和绝缘层的厚度只要依次为40μm左右、50μm左右和30μm左右即可，基材层只要由铝或不锈钢构成即可，绝缘层只要由尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯构成即可。在密封部22中，由于折叠而相互重叠的熔合层被熔合。 
在密封部22中，设置有在异常发热时相对难以被开封的难开封部23、和在异常发热时相对容易被开封的开封部24。由此，在异常发热时，制冷单元20在开封部24优先被开封，从开封部24放出制冷剂。由于制冷单元20设置于相邻的单电池10之间，因而由开封部24放出的制冷剂被供给到异常的单电池10。由此，异常的单电池10被冷却。因此，能够防止正常的 单电池10暴露于高温的热下，因而能够防止异常发热的连锁。 
另外，如果单电池10异常发热，则制冷单元20在开封部24被开封，放出制冷剂。由此，在电池组件100中不需要用于检测单电池10的温度的温度传感器、用于使制冷单元20开封的开封装置、和基于温度传感器所检测的温度而驱动开封装置的控制装置等。因此，能够实现电池组件100的小型化和高能量密度化。 
不仅如此，由于在密封部22的一部分上设置了开封部24，因此只要通过开封部24和难开封部23来改变密封条件，则能够制作制冷单元20。由此，能够比较简单地制作制冷单元20，因而能够提高制冷单元20的生产率。以下，对开封部24的具体构成进行说明。 
例如，开封部24中的熔合层的熔点只要低于难开封部23中的熔合层的熔点即可。在异常发热时，由于从异常的单电池10放出热，因此位于异常的单电池10的附近的制冷单元20的温度上升。如果制冷单元20的温度超过开封部24中的熔合层的熔点，则开封部24中的熔合层熔融。 
另外，开封部24中的熔合层的熔合强度只要低于难开封部23中的熔合层的熔合强度即可。在异常发热时，如上所述，位于异常的单电池10的附近的制冷单元20的温度上升。由于制冷剂的温度随着该温度的上升而上升，因此制冷剂的蒸汽压上升，因而引起制冷单元20的内压上升。如果制冷单元20的内压超过开封部24中的熔合层的熔合强度，则在开封部24处解除熔合层的熔合状态。 
另外，熔合层的熔点在开封部24可以相对较低，且熔合层的熔合强度在开封部24可以相对较低。 
开封部24中的熔合层的熔点越低、或开封部24中的熔合层的熔合强度越低，则异常发热时的制冷单元20的开封时期越早，因而能够迅速地冷却异常的单电池10。但是，如果开封部24中的熔合层的熔点过低、或开封部24中的熔合层的熔合强度过低，则有可能引起制冷单元20的误开封。只要鉴于这些情况确定开封部24中的熔合层的熔点或开封部24中的熔合层的熔合强度即可。 
作为使熔合层的熔点在开封部24相对较低的方法，可以考虑用熔点低于难开封部23中的熔合层的熔点的材料来制作开封部24中的熔合层。例 如，只要使开封部24中的熔合层为聚乙烯树脂层、且使难开封部23中的熔合层为聚丙烯树脂层即可。或者，可以使开封部24中的熔合层为低分子量的聚乙烯树脂层，且使难开封部23中的熔合层为高分子量的聚乙烯树脂层。 
作为使熔合层的熔合强度在开封部24相对较低的方法，只要选择以下的(a)～(d)中的至少1种方法即可。 
(a)：使熔合层的厚度在开封部24相对较薄。例如，只要开封部24中的熔合层的厚度为难开封部23中的熔合层的厚度的30％以上且80％以下即可。 
(b)：使熔合压力在开封部24相对较小。例如，只要形成开封部24时的熔合压力为形成难开封部23时的熔合压的40％以上且80％以下即可。 
(c)：使熔合温度在开封部24相对较低。例如，只要形成开封部24时的熔合温度与形成难开封部23时的熔合温度之差为10℃以上且30℃以下即可。 
(d)：使熔合层的宽度在开封部24相对较窄。例如，只要开封部24中的熔合层的宽度为难开封部23中的熔合层的宽度的10％以上且50％以下即可。 
这样，在异常发热时，由于来自异常的单电池10的热，制冷单元20的温度上升，结果开封部24被开封。如果制冷单元20与单电池10的外表面接触，则在异常发热时来自异常的单电池10的热迅速向制冷单元20传递，所以能够使制冷单元20的开封时期提前。由此，从防止异常发热的连锁的方面考虑，优选制冷单元20与单电池10的外表面接触，进一步优选开封部24与单电池10的外表面接触。但是，如果以与单电池10的外表面接触的方式制作制冷单元20，则制冷单元20的形状或大小等有时受到限制。于是，本申请发明者们调查了异常发热时的从单电池10的外表面起的距离(以下简称为“距离”)与温度的关系。具体而言，由于在单电池10的外表面上存在空气层(也就是说，上述距离相当于空气层的厚度)，因此使用空气的导热系数计算出距离与温度的关系。其结果示于图4。 
如图4所示，在距离为3mm左右的地方，温度为150℃左右。另外，在异常的单电池10的温度高时，即使在距离为5mm左右的地方，温度也 超过150℃。由这些情况，可以认为如果距离为5mm以下，则制冷单元20在异常发热时可以在开封部24开封。由此，能够不那样限制形状和大小等而制作可以防止异常发热的连锁的制冷单元20。 
另外，如果单电池10的种类(例如，单电池10的构成材料)或电池组件所放置的环境等发生变化，则图4所示的曲线的形状发生变化。但是，无论在任何情况下，即使开封部24或制冷单元20不与单电池10的外表面接触，也能够防止异常发热的连锁。 
对开封部24进一步进行说明。开封部24可以位于电池组件100的上侧(图2)，也可以位于电池组件100的下侧。但是，在将电池组件100安装到车辆等的状态(电池组件100的使用状态)下，如果开封部24位于单电池10的重心位置的上侧，则在异常发热时从异常的单电池10的上侧供给制冷剂，因此与制冷剂接触的单电池10的表面积变大。由此，与开封部24位于单电池10的重心位置的下侧时相比，能够实现冷却异常的单电池10。因此，优选开封部24在电池组件100的使用状态下位于单电池10的重心位置的上侧，在图2所示的状态为电池组件100的使用状态时，开封部24优选位于单电池10的封口板11侧。 
开封部24可以设置于折叠部25的对置侧(图3)，也可以设置于图3所示的难开封部23的位置。但是，如果开封部24位于电池组件100的上侧，则能够获得上述效果(在异常发热时与制冷剂接触的单电池10的表面积变大)。另外，如果使折叠部25在下而将制冷单元20收纳在壳30内，则能够获得制冷单元20与壳30的接触面积，因此能够将制冷单元20稳定地收纳在壳30内。如果考虑这些情况，开封部24优选设置于折叠部25的对置侧。 
另外，开封部24可以设置于制冷单元20的一侧端的一部分上，也可以对于一个制冷单元20设置两个以上的开封部24。可以考虑制冷单元的易制作性、异常发热时的制冷单元20的易开封性和防止制冷单元20的误开封等来确定制冷单元20中的开封部24的位置和大小等。 
(变形例) 
在本变形例中，电池组件中的单电池的配列形态和制冷单元的构成与上述实施方式不同。以下，重点说明与上述实施方式不同的部分。 
图5是本变形例所涉及的电池组件200的剖视图。图6是本变形例中的制冷单元40的俯视图。另外，在图5中，对单电池10表示了侧视图。 
在本变形例所涉及的电池组件200中，单电池10、10、...在水平方向且垂直方向配列，封口板11、11、...以位于电池组件200的侧方的方式收纳在壳30内。因此，在本变形例中，单电池10的轴向与壳30的高度方向垂直。 
在相邻的单电池10、10之间设置有制冷单元40。制冷单元40使用2片的片状部件21、21而形成，俯视为矩形或俯视为方形。具体而言，将片状部件21、21的长度方向的端部彼此熔合而制作筒状部件，然后使该筒状部件的开放端分别熔合。由此，制作本变形例中的制冷单元40。由此，本变形例中的制冷单元40具有4个密封部22。其中的2个密封部22位于制冷单元40的周边，相互对置。剩余的2个密封部22与位于制冷单元40的周边的2个密封部22、22连结，相互对置。 
在该密封部22中设置有难开封部23和开封部24。开封部24的构成如上述实施方式中所说明的那样，由此，在本变形例中，制冷单元40的温度也由于来自异常的单电池10的热而上升，结果开封部24被开封。因此，如上述实施方式中所说明的那样，制冷单元40(特别是开封部24)可以如图5所示那样与单电池10的外表面接触，也可以从单电池10的外表面稍微远离(距离为5mm以下左右)。 
在图6中，难开封部23设置于位于制冷单元40的周边的密封部22上，开封部24设置于与两个难开封部23连结的密封部22上。在这里，制冷单元40中的开封部24的位置和大小等不限于图6，开封部24也可以设置于图6所示的难开封部23的位置。但是，在开封部24设置于图6所示的难开封部23的位置时，在电池组件200中，开封部24位于单电池10的轴向外侧或径向外侧。因此，在异常发热时，制冷剂有可能几乎不被供给到异常的单电池10而流失。另一方面，在开封部24设置于图6所示的位置时，在电池组件200中开封部24位于单电池10的轴向内侧。由此，在异常发热时，制冷剂被供给到异常的单电池10的大部分。由于这些原因，在本变形例中，开封部24优选设置于图6所示的位置。 
在开封部24设置于图6所示的位置时，可以以开封部24沿单电池10 的轴向延伸的方式将制冷单元40收纳在壳30内。即使此时，在异常发热时也能够将制冷剂供给到异常的单电池10的大部分。 
另外，开封部24可以间断性地设置于2个难开封部23、23之间(可以设置于图6的上下方向的一部分上)，也可以设置于与2个难开封部23、23连结的密封部22中的任一个(尽量为位于电池组件200的下侧的密封部22)。只要可以考虑制冷单元40的易制作性、异常发热时的制冷单元40的易开封性和防止制冷单元40的误开封等来适当确定开封部24的位置和大小等即可。 
如上所述，在本变形例中，与上述实施方式同样地在密封部22的一部分上设置了开封部24，因此能够得到上述实施方式所产生的效果。 
(其他实施方式) 
上述实施方式和上述变形例可以具有以下所示的构成。 
上述实施方式所涉及的电池组件可以具备上述变形例中的制冷单元。但是，上述实施方式中的制冷单元可以简单地制作。由此，上述实施方式所涉及的电池组件优选具备上述实施方式中的制冷单元。 
上述变形例所涉及的电池组件可以具备上述实施方式中的制冷单元。但是，此时，难以以开封部位于单电池的轴向内侧、或开封部沿单电池的轴向延伸的方式来配置制冷单元。由此，上述变形例所涉及的电池组件优选具备上述变形例中的制冷单元。 
制冷单元只要具有密封部22和开封部24即可，制冷单元20、40只不过是一个例子。 
制冷单元不限于图1、图2或图5所示的形状，例如也可以如图7所示以沿着单电池的外周的方式成型。图7所示的制冷单元60与制冷单元20、40相比能够收纳更多的制冷剂，因此在异常发热时供给到异常的单电池10的制冷剂的量增多。由此，与使用制冷单元20、40时相比，能够实现冷却异常的单电池10。另外，制冷单元的平面形状不限于矩形或方形。 
制冷单元可以设置于单电池的封口板侧，也可以设置于单电池的电池壳的底侧。无论在何种情况下，在异常发热时开封部都被开封。但是，如果制冷单元设置于相邻的单电池之间，则容易确定制冷单元中的开封部的位置。由此，能够提高制冷单元的生产率。另外，在异常发热时能够不浪费制冷剂而将其供给到异常的单电池，因此能够高效地冷却异常的单电池。因此，制冷单元优选如图1、图2、图5或图7所示设置于相邻的单电池之间。在这里，在上述实施方式中，制冷单元只要在电池组件的行方向和列方向的至少一个方向上设置于相邻的单电池之间即可。另外，在上述变形例中，制冷单元只要在电池组件的高度方向和深度方向的至少一个方向上设置于相邻的单电池之间即可。 
可以对于多个单电池设置1个制冷单元，也可以对于1个单电池设置1个制冷单元。但是，如果考虑制冷单元的生产率，则优选如图1或图7所示对于多个单电池设置1个制冷单元。 
构成制冷单元的片状部件的片数不限于上述片数。但是，如果片状部件的片数增加，则引起制冷单元的生产率降低，另外，制冷单元误开封的概率提高。只要考虑这些情况而确定片状部件的片数即可。 
片状部件不限于层压膜，也可以是由树脂构成的单层膜等。另外，层压膜的基材层可以由树脂构成，层压膜可以不具有绝缘层。另外，构成层压膜的熔合层、基材层和绝缘层的厚度不限于上述数值。 
制冷剂不限于水。但是，水的汽化热非常大。因此，如果使用水作为制冷剂，能够高效地冷却异常的单电池。另外，制冷剂也可以是在水中混合了乙二醇、丙二醇或甘油等而成的液体。由此，能够防止在低温下制冷剂冻结，因而能够在低温下使用(例如在寒冷地区使用)。另外，制冷剂也可以是在水中混合了明胶等增稠剂而成的液体。由此，制冷剂的粘度提高，因而制冷剂与异常的单电池接触的时间变长，因而能够高效地冷却异常的单电池。 
在开封部在电池组件的使用状态下位于单电池的重心位置的上侧时，电池组件优选被赋予以表示使用状态中的上下方向的标记。由此，能够防止使用者弄错上下方向而将电池组件搭载到车辆等设备中。从而，在异常发热时能够将制冷剂供给到异常的单电池的大部分，因而能够高效地冷却异常的单电池。 
单电池只要串联或并联连接即可，电池组件优选具备用于串联或并联连接单电池的连接部件。另外，电池组件可以具备与单电池的排气孔连通的排气管道。 
构成电池组件的单电池的个数不限于图1、图5或图7所示的个数。另外，单电池在电池组件中可以配列成一列。 
单电池可以是方形锂离子二次电池，也可以是层压电池，还可以是锂离子二次电池以外的二次电池。单电池的构成没有特别限定，只要是作为二次电池的构成的公知的构成即可。在单电池为圆筒型锂离子二次电池时，只要将夹着隔膜卷绕正极板和负极板而成的电极组与电解液一起收纳在电池壳内即可。 
电池组件中的壳例如可以由具有收纳部的框体和盖体构成。 
产业上的可利用性 
本发明的电池组件在便携型电子设备、移动体通信设备或车辆的电源等中是有用的。 
符号说明 
10单电池 
11封口板 
20、40、60制冷单元 
21片状部件 
22密封部 
24开封部 
100、200电池组件 

Claims (10)

1.一种电池组件，其由多个单电池配列而构成，
在所述单电池的附近设置有制冷单元，所述制冷单元收纳有制冷剂，
所述制冷单元具有将片状部件密封而形成的密封部，
在所述密封部的一部分上设置有在所述单电池异常发热时相对容易被开封的开封部和相对难以被开封的难开封部，
所述密封部通过所述片状部件中的熔合层熔合而形成，所述开封部中的所述熔合层的厚度为所述难开封部中的所述熔合层的厚度的30％以上且80％以下。
2.一种电池组件，其由多个单电池配列而构成，
在所述单电池的附近设置有制冷单元，所述制冷单元收纳有制冷剂，
所述制冷单元具有将片状部件密封而形成的密封部，
在所述密封部的一部分上设置有在所述单电池异常发热时相对容易被开封的开封部和相对难以被开封的难开封部，
所述密封部通过所述片状部件中的熔合层熔合而形成，形成所述开封部时的熔合压力为形成所述难开封部时的熔合压力的40％以上且80％以下。
3.一种电池组件，其由多个单电池配列而构成，
在所述单电池的附近设置有制冷单元，所述制冷单元收纳有制冷剂，
所述制冷单元具有将片状部件密封而形成的密封部，
在所述密封部的一部分上设置有在所述单电池异常发热时相对容易被开封的开封部和相对难以被开封的难开封部，
所述密封部通过所述片状部件中的熔合层熔合而形成，形成所述开封部时的熔合温度与形成所述难开封部时的熔合温度之差为10℃以上且30℃以下。
4.一种电池组件，其由多个单电池配列而构成，
在所述单电池的附近设置有制冷单元，所述制冷单元收纳有制冷剂，
所述制冷单元具有将片状部件密封而形成的密封部，
在所述密封部的一部分上设置有在所述单电池异常发热时相对容易被开封的开封部和相对难以被开封的难开封部，
所述密封部通过所述片状部件中的熔合层熔合而形成，所述开封部中的所述熔合层的宽度为所述难开封部中的所述熔合层的宽度的10％以上且50％以下。
5.如权利要求1至4中任一项所述的电池组件，其中，
所述开封部与所述单电池的外表面接触。
6.如权利要求1至4中任一项所述的电池组件，其中，
所述片状部件为层压膜。
7.如权利要求1至4中任一项所述的电池组件，其中，
所述制冷单元设置于相邻的所述单电池之间。
8.如权利要求7所述的电池组件，其中，
所述制冷单元以沿着所述单电池的外周的方式成型。
9.如权利要求1至4中任一项所述的电池组件，其中，
所述制冷单元相对于所述多个单电池一体成型。
10.如权利要求1至4中任一项所述的电池组件，其中，
所述开封部在使用状态下位于所述单电池的重心位置的上侧。
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